CN104821719A - 一种改进型Buck变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改进型Buck变换器，包括输入滤波电路、功率变换电路和输出滤波电路。所述变换器由带有输入滤波器的Buck拓扑演变而成，将输入滤波电感位置移动至电源回线处。所述变换器结构简单，变换效率高，且高频响应表现为一阶系统，对于PWM跨导误差放大器控制的变换器而言，进一步提高了闭环控制系统的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于直流-直流（DC-DC）变换器控制技术领域范畴，尤其涉及一种适用于输入电压高于输出电压的降压型DC-DC变换器。
背景技术
随着航天技术的发展，航天器负载功率不断增加，为减小系统功率传输损耗，提高空间能源的利用率，对于负载功率较大的航天器电源系统，一般选择高压电源母线，例如100V或100V以上的电源母线。在此种高压母线电源的航天器中，一般电源系统的母线电压均高于蓄电池电压，因此对蓄电池充电的充电控制器需实现降压功能。由于Buck变换器为降压变换拓扑，结构简单，元器件较少，因此适用于航天器电源系统高可靠性要求的场合。
传统的Buck变换拓扑如图1所示，其中Qmain为开关管，D为续流二极管，L为输出滤波电感，C为输出滤波电容。当开关管处于导通和关断的过程中，输入电流处于断续状态，含有高频的谐波电流，会对电源系统引入电磁传导干扰，不利于系统的稳定性。
为提高系统稳定性和运行可靠性，在传统Buck拓扑的输入端引入LC滤波器，构成带有输入LC滤波器的Buck变换拓扑，如图2所示，用于抑制高频输入脉动电流，对输入电流谐波起到衰减作用，但是通过交流小信号稳定性分析可知，带有输入LC滤波器的Buck变换拓扑存在右半平面零点，存在导致系统不稳定的隐患。
针对该问题，本发明提出了一种改进型Buck变换拓扑，可提高系统稳定性。
发明内容
本发明涉及降压变换拓扑，采用改进型Buck变换拓扑，即将输入电感的位置移至输入滤波电容负端和电源回线之间。此种改进型Buck变换拓扑对输入脉动电流的抑制作用与带有输入LC滤波器的Buck变换器相同，且不存在右半平面零点，提高系统稳定性。另外，由于此种变换拓扑中输入滤波电感的电流较小，有利于减小输入滤波电感的体积，进而减小变换器的体积。可以利用少量的元器件实现体积较小、控制稳定、输入电流连续的降压变换拓扑。
为解决上述问题，本发明提出以下技术方案：
一种改进型Buck变换拓扑，包括输入滤波电路、功率变换电路和输出滤波电路，输入滤波电路中的输入滤波电感L1串接在输入滤波电容C1负端与输入电压回线之间，输入滤波电容C1负端与续流二极管D1的阳极相连。
本发明的优点在于：
a) 输入电流连续，不会因为输入电流断续而引入电磁干扰；
b) 通过输入滤波电感的电流较小，即为输出电流与输入电流之差，所需电感量较小，可通过减小输入滤波电感的体积尺寸和成本，达到减重的目的；
c) 通过交流小信号模型对改进型Buck变换器进行分析，可知该拓扑不存在右半平面零点，系统稳定性好；
d) 该变换器拓扑简单，元器件较少，且器件均可国产化，提高系统可靠性。
附图说明
图1是传统Buck变换拓扑的电路原理图。
图2是带有输入LC滤波器的Buck变换拓扑的电路原理图。
图3是本发明实施例提供的改进型Buck变换拓扑的电路原理图。
图4是本发明实施例中改进型Buck变换拓扑主要波形图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
如图3所示，该改进型Buck变换拓扑包括输入滤波电路1、功率变换电路2、输出滤波电路3。
a) 输入滤波电路
输入滤波电路1由输入滤波电容C1和输入滤波电感L1组成，作用是用于滤除输入电流中高频谐波分量，使得输入电流连续。当开关管Q1处于关断状态时，输入电压为输入滤波电容C1充电，且与输入滤波电感L1电流一起共同提供负载电流；当开关管Q1处于导通状态时，输入电容C1通过导通的开关管释放电荷，与输入电流一起提供负载电流。其中输入滤波电感L1的电流方向始终为自下而上。
b) 功率变换电路
功率变换电路2由开关管Q1和续流二极管D1组成，通过控制开关管Q1的导通和关断，将输入电压Vin变换为与Q1的开关占空比D有关的输出电压Vout，在开关管Q1导通时，输出电压Vout与输入电压Vin相等，此时续流二极管不工作，无电流流过；当开关管Q1关断时，电流通过续流二极管对负载供电。
c) 输出滤波电路
输出滤波电路3由输出滤波电容C2和输出滤波电感L2组成，作用是使得开关状态的电压成为无尖峰的平滑的直流电压，使得输出纹波电压控制在要求范围内。图4给出了开关管Q1处于导通和关断的状态时，改进型Buck拓扑中主要波形图。
以上所述实施例为本发明的较佳实例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为本发明专利范围的限制。应当指出的是，以上描述，对于熟知本技术领域的专门人士可明了及实施，因此其他未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在上述的申请专利范围中。
Claims (4)
1.权利要求一一种改进型Buck变换器，其特征在于：包括输入滤波电路(1)、功率变换电路(2)和输出滤波电路(3)；
所述的输入滤波电路(1)由输入滤波电容C1和输入滤波电感L1组成，输入滤波电感L1位于输入滤波电容C1与输入电压回线之间；
所述功率变换电路(2)由开关管Q1和续流二极管D1组成，续流二极管D1的阳极与输入滤波电感L1连接；当功率变换电路(2)中的开关器件处于导通和关断的过程中，输入滤波电感L1的电流为输出电流与输入电流之差；
所述输出滤波电路(3)由电感L2和电容C2组成，当开关器件导通时，输入电压为电容C2充电，当开关器件关断时，电容C2放电，与输入电压共同为负载提供电流。
2.根据权利1所述的改进型Buck变换器，其特征在于：所述输入滤波电路(1)中，当开关管Q1处于关断状态时，输入电压为输入滤波电容C1充电，且与输入滤波电感L1电流一起共同提供负载电流；当开关管Q1处于导通状态时，输入电容C1通过导通的开关管释放电荷，与输入电流一起提供负载电流。
3.根据权利1或2所述的改进型Buck变换器，其特征在于：所述输入滤波电感L1的电流方向始终为自下而上。
4.根据权利1所述的改进型Buck变换器，其特征在于：所述功率变换电路(2)中，通过控制开关管Q1的导通和关断，将输入电压Vin变换为与Q1的开关占空比D有关的输出电压Vout，在开关管Q1导通时，输出电压Vout与输入电压Vin相等，此时续流二极管不工作，无电流流过；当开关管Q1关断时，电流通过续流二极管对负载供电。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN110112911A (zh) * | 2018-07-02 | 2019-08-09 | 浙江工业大学 | 含电阻的电容串并联切换工作模式的降压型dc-dc变换器 |
Citations (1)
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| CN201766500U (zh) * | 2010-09-09 | 2011-03-16 | 龙驰幕墙工程有限公司 | 一种改进的Buck电路 |
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| CN110112911A (zh) * | 2018-07-02 | 2019-08-09 | 浙江工业大学 | 含电阻的电容串并联切换工作模式的降压型dc-dc变换器 |
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